科研進展
蘭州化物所綠色構筑凹凸棒石基礦物復合納米酶研究獲新進展
針對致病菌和耐藥菌設計開發新型抗菌材料是當前研究熱點。納米酶兼具納米材料和天然酶的特性，被認為是對抗耐藥菌的“有效武器”。目前，化學合成納米酶研究取得長足進展，但存在制備過程不清潔、技術路線復雜以及納米粒子易團聚等問題，抗菌性能仍需提升。
在綠色可持續發展理念下，利用天然植物提取物替代有毒有害化學試劑構筑納米材料備受關注。植物提取物中的活性成分可介導納米粒子形成，還作為封端劑能有效控制納米粒子的尺寸與形貌，在金屬或金屬氧化物納米酶構筑方面具有顯著優勢。
中國科學院蘭州化學物理研究所資源化學與能源材料研究中心/甘肅省黏土礦物重點實驗室，基于凹凸棒石獨特的一維納米棒晶和納米孔道的“誘導”和“限域”效應，在綠色構筑凹凸棒石基礦物復合納米酶研究方面取得了新進展。
研究人員采用檸檬皮提取物介導的低溫水熱法，利用所含抗壞血酸與多酚類物質將Ag+還原為Ag0，并原位均勻錨定于凹凸棒石納米棒晶表面，構筑了銀納米粒子尺寸小于2 nm的Ag/凹凸棒石復合納米酶（Ag/APT）（圖1）。該礦物復合納米酶比AgNPs具有更大的比表面積和更多的活性位點。對多重耐藥菌性耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）和產超廣譜β-內酰胺酶大腸桿菌（ESBLs-E.coli）均表現出優異的廣譜抗菌活性。
圖1.Ag/APT復合納米酶的制備及表征
Ag/APT復合納米酶在體外和體內實驗中均具有良好的生物相容性。在大鼠MRSA感染傷口模型實驗中，Ag/APT復合納米酶有效消除了病原菌，減輕了傷口炎癥，加速了傷口愈合。該研究工作以“Attapulgite-assisted in-situ anchoring of ultrasmall Ag nanoparticles for enhanced eradication of multidrug-resistant bacterial biofilms and accelerated wound healing”為題發表在ACS Applied Materials & Interfaces（2025, 17, 26310-26322）上。
圖2.Ag/APT復合納米酶促進小鼠MRSA感染傷口愈合
在此基礎上，研究人員利用芍藥根提取物介導制備了1.26 ± 0.3 nm銀納米粒子的AgNPs/APT復合納米酶，將其與羧甲基殼聚糖（CMC）和κ-卡拉膠（KCG）復合，成功構建了多功能復合冷凍凝膠（CMC/KCG/AgNPs/APT）。該復合冷凍凝膠具有良好的機械強度、快速的液體吸收能力和良好的生物相容性。體內外實驗表明，CMC/KCG/AgNPs/APT復合冷凍凝膠通過增強液體吸收和血小板激活實現快速止血，并對鮑曼不動桿菌在內的多種病原體表現出廣譜抗菌活性，同時通過調節炎癥反應加速組織修復。此外，該凝膠還展現出獨特的免疫調節功能，可將促炎型的M1型巨噬細胞轉化為促愈合的M2型，使CD163+細胞數量增加2.6倍，有效抑制炎癥因子TNF-α的表達，并促進成纖維細胞遷移。在銅綠假單胞菌感染的全層皮膚缺損模型中，這種多模式協同作用在14天內將傷口愈合率顯著提升至95.34% ± 2.9%（圖3）。因此，通過將金屬納米粒子、黏土礦物與生物多糖進行協同整合，為解決感染傷口管理中抗菌效力、生物安全性及免疫調節平衡等問題提供了一種有效解決方案。該研究工作以“Green-nanoarchitectonics for sub-2 nm Ag nanoparticles on attapulgite enables biocryogel with synergistic and triple-functional wound therapy effect”為題發表在ACS Applied Materials & Interfaces（2025, 17, 61855-61871）上。
圖3.CMC/KCG/AgNPs/APT促進小鼠感染傷口愈合
近期，研究人員采用油橄欖葉提取物作為綠色還原劑與穩定劑，成功構建了具有可見光響應性的CuO/凹凸棒石（CuO/APT）復合納米酶，將其摻入κ-卡拉膠（KC）/羧甲基殼聚糖（CC）基質中，獲得了具有光催化抗菌功能的CuO/APT-KC/CC凝膠膜傷口敷料（圖4）。利用CuO/APT復合納米酶與生物聚合物鏈之間界面相互作用，實現了納米酶的均勻分散。該凝膠薄膜具有良好的親水性、適宜的力學性能和優異的保濕能力。同時，CuO/APT復合納米酶賦予該凝膠敷料優異的耐藥菌抑制效果，對MRSA的抑制率高達99.8%（圖5）。在MRSA感染的全層皮膚缺損大鼠模型中，該復合薄膜能夠有效清除細菌、調節炎癥反應、促進膠原沉積與組織再生，加速傷口愈合，促進成纖維細胞遷移。
上述研究成功構筑了一種兼具高效光催化抗菌與主動促愈合功能的新型傷口敷料，為臨床治療耐藥菌感染創面提供了材料支撐。該研究工作以“Nano-functionalized biopolymer films with green-synthesized CuO/Attapulgite for light-promoted antibacterial therapy and wound healing”為題發表在Small（2026, 0:e11910）上。
圖4.CuO/APT-KC/CC凝膠膜敷料的制備和抗菌應用示意圖
圖5.CuO/APT-KC/CC凝膠膜的抗耐藥菌活性和作用機理
上述工作得到了國家自然科學基金、甘肅省基礎研究創新群體、甘肅省自然科學基金等項目的支持。
